Автоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора

 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на открытых горных разработках. Цель изобретения - повышение произ-сти роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций . Система содержит измерители нагрузки привода 3 ротора, уровня 4 вибраций металлоконструкций и произв-сти 5 по массе , выходы которых через блоки установки масштабов (БУМ) 8-10 подключены к входам селектора 14 максимального сигнала. Выход селектора 14 подключен к входу сглаживающего фильтра 15. Дополнительно система снабжена датчиками (Д) высоты 1 подуступа, толщины 2 стружки, скорости 16 поворота и угла 24 поворота, задатчиком 12 произв-сти, измерителем 6 нагрузки привода поворота, блоками 7, 18 умножения, блоками 13, 17, 26 деления, двумя БУМ 11, 20, коммутатором 22, задатчиком 19 максимального сигнала задания скорости поворота , селектором 23 минимального сигнала, блоком 25 определения косинуса угла поворота и пороговым элементом 21. Сигналы с Д 1 и 2 поступают на блок 7. с выхода которого сигнал, пропорциональный произведению , поступает на вход блока 13, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 12. Выходной сигнал блока 13, пропорциональный скорости поворота, поступает на один из входов селектора 23, на другой вход которого поступает сигнал с задатчика 19. С выхода селектора 23 сигнал поступает на один вход блока 26. Сигналы с выходов измерителей 3-6 через БУМ 8-11 поступают на входы селектора 14, а его выхода через фильтр 15 - на входы порогового элемента 21 и блока 17. 2 ил. VI О Сд XI чэ XI

C0IO3 СОВЕТСКИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 02 F 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О (л) люми о ,сФмиие

АИж л:6о ю ю (21) 3994745/03 (22) 23,12.85 (46) 07.01.92. Бюл, М1 (71) Производственное объединение "Новокраматорский машиностроительный завод" (72) В.B.Çîçóëÿ, Л.А.Верещагин, Ю.Т,Калашников и В.П.Шолтыш (53) 622.022,74(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 910942, кл. Е 02 F 3/26, 1979, Авторское свидетельство СССР

N 1469030, кл. Е 02 Г 3/26, 1984. (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ

РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на открытых горных разработках. Цель изобретения — повышение произ-сти роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций. Система содержит измерители нагрузки привода 3 ротора, уровня 4 вибраций металлоконструкций и произв-сти 5 по массе, выходы которых через блоки установки масштабов (БУМ) 8 — 10 подключены к вхо„„Я „„1703797A1 дам селектора 14 максимального сигнала, Выход селектора 14 подключен к входу сглаживающего фильтра 15. Дополнительно система снабжена датчиками (Д) высоты 1 подуступа, толщины 2 стружки, скорости 16 поворота и угла 24 поворота, задатчи ком 12 произв-сти, измерителем 6 нагрузки привода поворота, блоками 7, 18 умножения, блоками 13, 17, 26 деления, двумя БУМ 11, 20, коммутатором 22, задатчиком 19 максимального сигнала задания скорости поворота, селектором 23 минимального сигнала, блоком 25 определения косинуса угла поворота и пороговым элементом 21. Сигналы с

Д 1 и 2 поступают на блок 7, с выхода которого сигнал, пропорциональный произведению, поступает на вход блока 13, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика

12. Выходной сигнал блока 13, пропорциональный скорости поворота, поступает на один из входов селектора 23, на другой вход которого поступает сигнал с задатчика 19, С выхода селектора 23 сигнал поступает на один вход блока 26. Сигналы с выходов измерителей 3-6 через БУМ 8-11 поступают на входы селектора 14, а его выхода через фильтр 15 — на входы порогового элемента

21 и блока 17, 2 ил.

1703797

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на открытых горных разработках, а именно к поворота, третий вход соединен с выходом первого блока 13 деления, второй вход которого соединен с выходом задатчика 12 объемной производительности и первый вход соединен с выходом первого блока 7 умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика 1 высоты подступа и второй вход соединен с выходом датчика 2 толщины стружки, выход селектора 23 минимального сигнала соединен с вторым вхоавтоматизации рабоче о процесса роторных экскаваторов, работающих в условиях

10 сложноструктурных забоев.

Цель изобретения — повышение производительности роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций.

На фиг. 1 изображена структурная схема автоматизированной системы управления рабочим процессом роторного дом третьего блока 26 деления, а выходы измерителей 3-6 соответственно нагрузки привода ротора, уровня вибраций, производительности по массе и нагрузки привода прворота через блоки 8-11 установки масш15 табов соединены соответственно с первым— четвертым входами селектора 14 максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра

15.

Блок 25 определения косинуса угла поворота включает генератор 27 импульсов, модуль 28 постоянной памяти, выходной запоминающий элемент 29 и элемент 30 задержки. Адресный вход модуля 28 постоянной памяти является входом блока, вход считывания соединен с выходом генератора 27 импульсов и входом элемента 30 задержки, выход которого соединен с входом записи выходного запоминающего эле20

45 дом датчика 16 скорости поворота и выход деления формируется сигнал, пропорци нальный значению скорости поворота, о ределяемой выражением н

"ny bc Кр и ь где V> — значение скорости поворо при котором обеспечивается номиналыобъемная производительность; цен — номинальное значение объем производительности роторного экскава ра;

Кр- коэффициент разрыхления экска максимального сигнала задания скорости руемого ископаемого(КР 1), соединен с вторым входом второго блока 17. деления, первый вход которого соединен с выходом сглаживающего фильтра 15 и входом порогового элемента 21, а выход — с входом пятого блока 20 установки масштаба, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора 22, вход управления которого соединен с выходом порогового элемента 21 и выход соединен с первым входом селектора 23 минимального сигнала, второй вход которого с вторым информационным входом коммутатора 22 и выходом задатчика 19 экскаватора; на фиг. 2 — пример выполнения блока определения косинуса угла поворота, Автоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора включает датчик 1 высоты подуступа, датчик 2 толщины стружки, измерители нагрузки привода ротора 3, уровня вибраций металлоконструкции 4, производительности по массе 5, и нагрузки привода поворота

6, первый блок 7 умножения, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 блоки установки масштабов, задатчик 12 объемной производительности, первый блок 13 деления, селектор 14 максимального сигнала, сглаживающий фильтр 15, датчик 16 скорости поворота, второй блок 17 деления, второй блок 18 умножения, эадатчик 19 максимального сигнала задания скорости поворота, пятый блок 20 установки масштаба, пороговый элемент 21, коммутатор 22, селектор 23 минимального сигнала, датчик

24 угла поворота, блок 25 определения косинуса угла поворота и третий блок 26 деления. Вход блока 25 определения косинуса угла поворота соединен с выходом датчика

24 угла поворота и выход соединен с первым входом третьего блока 26 деления, выход которого является выходом системы, и с первым входом второго блока 18 умножения, второй вход которого соединен с выхомента 29, информационный вход которогс соединен с выходом модуля 28 постоянноь памяти и выход является выходом блока.

Автоматизированная система управле ния рабочим процессом роторного экскава тора работает следующим обрезом.

Сигналы с выходов датчиков 1 и 2, прс порциональные соответственно высоте по уступа Ьщ и толщине стружки Ь,, поступаю на входы блока 7 умножения, с выхода KOT( рого сигнал, пропорциональный произвед нию h y b, поступает на первый вход бло

13 деления, на второй вход которого пост пает сигнал с выхода задатчика 12 объемн< производительности. На выходе блока

1703797

Таким образом, величина сигнала задания с выхода задатчика 12 объемной производительности должна быть такой, чтобы н

qv сигнал Xv задания скорости поворота с выхода блока 13 деления обеспечивал номинальное значение объемной производительности при любых hpy u bc в заданных диапазонах их изменения, Сигналы с выходов измерителей 3 — 6 через блоки 8-11 установки масштабов в масштабах, выбранных по критерию равноинтенсивного воздействия на оборудование в соответствии с выражением

K) Х|р = К2 Не = Кз Xqm = К4 Xiq = Хн, (2) где К1. Кг, Кз, K4 — масштабные коэффициенты; н н н

Х р, Хв, Xq, Х п — сигналы на выходах измерителей 3-6 соответственно нагрузки привода ротора, уровня вибраций, производительности по массе и нагрузки привода поворота, (соответствующие номинальным значениям измеряемых параметров, поступают соответственно на первый — четвертый входы селектора 14 максимального сигнала, на выходе которого формируется сигнал, определяемый выражением

Xmax(t) = MAX(K1Xlp(t), K2XB(t)i K3 Xqm, К4 Х>„®1 (3) который затем поступает на вход сглаживающего фильтра 15, с выхода которого сигнал, определяемый выражением

Xmax(t) = f ° Хмдх (t ) dt, (4)

Та-г где Т. — скользящий интервал сглаживания, поступает на первый вход блока 17 деления, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 18 умножения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока

25 определения косинуса угла поворота, на вход которого поступает сигнал с выхода датчика 24 угла поворота, и на второй вход блока 18 умножения поступает сигнал

Xv,(t) с выхода датчика 16 скорости поворота. На выходе блока 18 умножения формируется сигнал Xv„ (t), определяемый выражением

Xv„(t) =Xy„(t ) cos уЪ, (5) где рп — угол поворота, На выходе блока 17 деления формируется сигнал

Хн(t) С, С

Xv„(t) (6) который масштабируется в блоке 20 в соответствии с выражением

К5 = Хч„(т), (7)

Сах где Кб — масштабный коэффициент;

Х ехн — номинальное значение сигнала на выходе сглаживающего фильтра 15, равноеХ .

Такое масштабирование осуществляется для того, чтобы при номинальной величине сигнала на выходе блока 15 сигнал задания скорости привода поворота с выхода блока

20 установки масштаба, сформированный в функции параметров Х (1), Xs(t),Х „, (t) и

Х „(1), был равен текущему значению сигнала задания скорости поворота. Коэффициент К5 иэ формулы (7) равен Хн.

При работе роторного экскаватора по экскавации полезного ископаемого требуеетреб мый сигнал Xv„(t ) задания скорости поворота в функциии параметров Х (t)

XB(t), Xqm(t) и X<„(t) определяется в соответствии с выражением a6 Xy„(t)

25 Xy„(t) = Кб — (8) треб т,е. при Xvax(t) > Хн сигнал Xy„(t) уменьшается относительно Xy„(t) на необходимую в текущий момент времени величину. а при Xyax(t) X увеличивается. Таким образом обеспечивается адаптация формируе*треб мого сигнала Хч„(1) к текущему

35 значению сигнала XyÄ(t) задания скорости поворота.

Сигнал с выхода блока 20 установки масштаба поступает на первый информационный вход коммутатора 22, на второй ин40 формационный вход которого поступает сигнал Ху соответствующий максимально допустимому сигналу задания скорости поворота, с выхода задатчика 19. На вход управления коммутатора 22 поступает

45 сигнал с выхода порогового элемента 21, порог срабатывания которого равен Хн. Если величина сигнала Хех(т), поступающего на вход порогового элемента 21 с выхода сглаживающего фильтра 15, меньше Х,, то сигнал на его выходе равен "0", и на выход коммутатора 22 проходит сигнал Xv„„„

При XMax(t) > Хн срабатывает пороговый элемент 21, и сигнал "1" с его выхода, поступающий на вход управления коммутатора 22, обеспечивает прохождение на его выход

*треб сигнала XvÄ (t) с выхода блока 20 установки масштаба.

1703797 (10) н

Чч

Сигналы Xy c выхода блока 13 деления, Xvnmax с выхода задатчика 19 и сиг треб нал Хнттmax или Xvn (t)) с выхода коммутатора 22 поступают на соответствующие входы селектора 23 минимального сигнала, с выхода которого сигнал, определяемый выражением н

mIn Чч

Xvn (t) ™in (чНП ХНтт мах при

Хмах (1) < Хн (9) или выражением

Чч н

ХНП (t) = min (Xyn, XV max

*треб

Xyn ° приХмах (t ) > Хн р поступает на второй вход третьего блока 26 деления, на первый вход которого поступает сигнал, соответствующий косинусу угла поворота р, с выхода блока 25 определения косинуса угла поворота. На выходе блока 26 деления формируется итоговый сигнал задания скорости поворота, определяемый выражением

min

ИТОГ )(y (t)

Xvn (t) = ", (11) скорректированный по косинусу угла поворота для компенсации серповидности реза.

Если ни один из параметров Xip (t)

X(3(t), Xgm (t) и Х „(t) не является критичным в текущий момент времени, т.е. в качестве сигнала задания скорости поворота исгользун

Чч gv

ЕтСя СИГНаЛ XVn ПрИ XVn max > XVn ÎáÅÑпечи вается номинальная объемная

ПРОИЗВОДИтЕЛЬНОСтЬ. КаК ТОЛЬКО Хмех(1) Становится больше Х, в качестве сигнала задания скорости поворота используется сигнал

*треб

Хн„Сигнал Xvn Max является ограничивающим и величина его равна максимально возможному сигналу задания скорости поворота для автоматизируемого типа экскаватора.

Таким образом, система позволяет автоматически формировать наиболее рациональный сигнал задания скорости поворота.

Блок 25 определения косинуса угла поворота работает следующим образом.

На вход блока поступает двоичный код, пропорциональный текущему значению угла поворота, являющийся кодом адреса ячейки памяти модуля 28 постоянной памяти, в которой записано значение косинуса го угла. При поступлении импульсов с выхода генератора 27 импульсов на вход

55 считывания модуля 28 постоянной памяти код, пропорциональный косинусу угла поворота, с выхода модуля 28 поступает на вход выходното запоминающего элемента 29 и записывается в него импульсом с выхода элемента 30 задержки, на вход которого поступают импульсы с выхода генератора 27 импульсов. Время задержки равно приблизительно 2 мкс (время необходимое для установления на выходе модуля 28 считываемого кода). Элемент задержки задержки задерживает только фронт поступающего на его вход импульса. Срезы входного и выходного импульсов совпадают во времени.

Если система реализована на цифровых блоках, то выходной запоминающий элемент 29 представляет собой регистр с параллельной записью информации. Если система реализована на аналоговых блоках, то выходной запоминающий элемент представляет собой последовательно соединенные регистр с параллельной записью информации и цифроаналоговый преобразователь.

Аналоговый вариант системы может быть реализован на базе субблоков комплекса КМ2201 (СУПС), серийно выпускаемого ПО "Точэлектроприбор" (г. Киев) (блоки установки масштабов — Ф5173, селекторы максимального и минимального сигнала—

Ф5196. блоки деления и умножения—

Ф5178, сглаживающий фильтр — Ф5197). В качестве коммутатора можно использовать микросхему К561КП1, представляющую собой мультиплексор аналоговых сигналов.

В качестве модуля постоянной памяти, входящего в состав блока 25 определения косинуса угла поворота, можно использо вать микросхемы К573РФ2 или К1601РР1 с организацией 2КХ8, т,е. содержащих по

2048 8-разрядных ячеек памяти и являющихся энергонезависимыми (сохранение информации при отсутствии питающего напряжения), Использование автоматизированной системы управления рабочим процессом роторного экскаватора обеспечит повышение производительности роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций в конкретных горно-геологических условиях с часто меняющимися физико-механическими свойствами забоя по ходу отработки реза, повышение надежности и долговечности основных узлов экскаватора, увеличение коэффициента технического использования роторного экс1703797

10 каватора во времени за счет уменьшения простоев, связанных с авариями или выходом за строя отдельных наиболее важных узлов экскаватора, вызванных частыми отклонениями параметров, характеризующих 5 интенсивность нагружения оборудования, за допустимые пределы, исключение субьективного влияния оператора-машиниста роторного экскаватора на процесс экскавации, 10

Формула изобретения

Автоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора, содержащая измерители нагрузки 15 привода ротора, уровня вибраций металлоконструкций и производительности по массе, выходы которых соответственно через первый, второй и третий блоки установки масштабов подключены соответственно к 20 первому, второму и третьему входам селектора максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности ро- 25 торного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций, она дополнительно 30 снабжена датчиком высоты подуступа, датчиком толщины стружки, датчиком скорости поворота, датчиком угла поворота, задатчиком объемной производительности, измерителем нагрузки привода поворота, первым и вторым 35 блоками умножения, первым, вторым и третьим блоками деления, четвертым и пятым узлами установки масштабов, коммутатором, задатчиком максимального сигнала задания скорости поворота, селектором минимального сигнала, блоком определения косинуса угла поворота, вход которого соединен с выходом датчика угла поворота, а выход соединен с первым входом третьего блока деления и с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости поворота, а выход соединен с вторым входом второго блока деления, первый вход которого соединен с выходом сглаживающего фильтра и с входом порогового элемента, выход второго блока деления соединен с входом пятого блока установки масштаба, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, вход управления которого соединен с выходом порогового элемента и выход соединен с первым входом селектора минимального сигнала, второй вход последнего соединен с вторым информационным входом коммутатора и с выходом задатчика максимального сигнала задания скорости поворота. причем выход датчика высоты подуступа соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика толщины стружки, а выход первого блока умножения соединен с первым входом первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом задатчика объемной производительности, а выход

-с входом третьего блока деления, выход которого является выходом системы, а выход измерителя нагрузки привода поворота через четвертый блок установки масштаба соединен с четвертым входом селектора максимального сигнала.

1703797

Составитель B,×óïðèí

Техред М,Моргентал

Корректор А.Осауленко

Редактор И.Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 46 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5